毛坯模具， 按照光弹性试验模型的真空浇注工艺方法浇注光弹性试验模型毛坯。光弹性试验模型毛坯 固化后就可以机械加工试验所需的模型。光弹性试验模型从原型整体中选取有代表性局部 按照1 :1的比例加工，其它部分可以用等效体替代。优选四轴或五轴加工中心采用数控铣 技术加工光弹性试验模型，少数尺寸精度要求很高的模型，最后机械加工工序可根据部件 的形状选用拉床或磨床，个别部位尺寸有误差时可以使用细砂纸手工打磨。辅助模型采用 光弹性试验模型同批毛坯和同样加工方法进行制备。
[0066] 步骤S2.依据测试内容，选取对应的测试模块构成光弹性试验模型的加载装置， 并对所述光弹性试验模型进行冻结加载。
[0067] 为验证燃气涡轮工作叶片旋转时榫头/榫槽的应力分布分析结果是否正确，需要 模拟它的受力状态。如图5中所示，可以选用模型混合加载装置的离心载荷模块10、辅助加 载模块20和温控模块30来实现燃气涡轮工作叶片榫头/榫槽的冻结加载。
[0068] 把图3所示的燃气涡轮工作叶片光弹性试验模型安装在模型混合加载装置离心 载荷模块的竖直轴上12,并用紧固件11固定榫头/榫槽。把图3所示的榫头/榫槽辅助光 弹性试验模型用辅助加载模块分5级进行拉伸加载，每级载荷为有限元分析时模型应力最 大点对应的离心力。燃气涡轮工作叶片光弹性试验的冻结加载如图5中所示。
[0069] 把试验需要的转速和温控程序在控制室编程，程序经过调试无误后，按照程序设 定启动模型混合加载装置，实现模型应力的"冻结"。试验的旋转转速可以为l〇〇〇r/min，当 温控模块的温度降温至80°C后模型混合加载装置可以自动停止，此时光弹性试验模型内记 忆了旋转状态下的离心变形（应力）信息，辅助模型内记忆了拉伸状态下的拉伸变形（应 力）信息。
[0070] 步骤S3.光弹性试验模型冻结加载结束后，选取设计人员最关心的部分进行有限 元分析，从分析结果的应力值最大的方向切片，切片平面为最大应力面。燃气涡轮工作叶片 光弹性试验截取榫头的切片及测点（1至11)如图6中所示，模拟离心载荷，应力条纹比较 烯疏，可以采用模型应力条纹级数值的处理方法进行处理，处理后的应力分析结果与有限 元分析结果绘制分布趋势图。对各点的结果进行比较，并把它们各自的值及误差列入如下 表1中。
[0071] 表1应力分析结果与有限元分析结果对比表
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[0073] 表1中的误差计算公式可以为：误差=I计算值-试验值I /计算值。
[0074] 应力分析结果的分布趋势与有限元分析结果的分布趋势相同，最大应力值误差不 超过20%，满足这两个条件说明试验有效，验证了有限元分析结果正确。当光弹性试验的分 析处理结果不满足上述条件时，必须仔细查找原因，可能是有限元分析结果不对，也可能是 光弹性应力分析结果误差大。当重新做试验，确保各个环节准确无误并且应力分析结果有 较好的重复性时，就说明有限元分析结果与实际情况有较大差异，需根据应力分析结果重 新计算。如果需要验证更多部位应力计算是否正确，截取该部位的切片，仍然按照上述方法 进行。
[0075] 相比于现有技术，本公开示例性实施例中的三维光弹性测试方法可能具有以下有 益技术效果：
[0076] 1)运用了多个最新的技术对传统的三维光弹性方法实现行了全方面的改造，方法 本身容易被技术人员掌握，减少了对人体有害物质的使用，提高了自动化程度。
[0077] 2)光弹性试验模型的制备实现"真空化"，提高了模型的质量，模型内部具有良好 的光学性能和力学性能。
[0078] 3)光弹性试验模型的制备实现"局部化"，急剧降低光弹性试验模型制备的成本。 例如，按照传统方法进行一个燃气涡轮工作叶片光的弹性冻结加载试验，需要的光弹性试 验模型加工资金就达100万元，本示例实施方式中加工局部模型的资金低于2万元。
[0079] 4)光弹性试验模型的冻结加载实现"模块化"，减少了设计加工光弹性试验模型加 载装置的时间与成本。
[0080] 5)对有限元分析和应力分析的结果进行比较，简化了现有技术流程，减少了应力 分离和补充方程式的建立等环节，试验周期显著缩短。试验成本降低，周期缩短，十分有利 于本方法在航空发动机和传动系统中的应用，也有利于向其他行业推广。
[0081] 本公开已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本公开的范例。 必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本公开的范围。相反地，在不脱离本公开的精神和 范围内所作的更动与润饰，均属本公开的专利保护范围。
【主权项】
1. 一种三维光弹性测试方法，其特征在于，包括：51. 制备待进行应力分析的构件的局部部分的光弹性试验模型；52. 依据测试内容，选取对应的测试模块构成光弹性试验模型的加载装置，并对所述光 弹性试验模型进行冻结加载；53. 对所述局部部分进行数字化分析，以及对所述局部部分的光弹性试验模型的切片 平面进行应力分析，并对两种分析结果进行比较。2. 根据权利要求1所述的三维光弹性测试方法，其特征在于，所述步骤Sl包括：511. 基于光弹性试验模型的真空浇注工艺方法成型所述待进行应力分析的构件的光 弹性试验模型毛坯；512. 自所述光弹性试验模型毛坯中选取所述局部部分进行机械加工，得到所述局部部 分的光弹性试验模型。3. 根据权利要求2所述的三维光弹性测试方法，其特征在于，所述局部部分之外的部 分采用等效体进行代替。4. 根据权利要求1所述的三维光弹性测试方法，其特征在于，所述步骤Sl包括：511. 获取待进行应力分析的构件的所述局部部分的阴模；512. 基于光弹性试验模型的真空浇注工艺方法对所述阴模进行真空浇注得到所述局 部部分的光弹性试验模型。5. 根据权利要求1所述的三维光弹性测试方法，其特征在于，所述步骤S2包括：521. 提供施加拉力载荷的测试模块、施加压力载荷的测试模块、施加弯曲载荷的测试 模块、施加扭转载荷的测试模块、施加离心载荷的测试模块中的一种或多种；522. 依据测试内容，选取对应的测试模块构成光弹性试验模型的加载装置，并对所述 光弹性试验模型进行冻结加载。6. 根据权利要求5所述的三维光弹性测试方法，其特征在于，所述步骤S2中，施加离心 载荷测试时，光弹性试验模型冻结过程中同时采用辅助模型进行冻结加载。7. 根据权利要求1-6任意一项所述的三维光弹性测试方法，其特征在于，所述数字化 分析为有限兀分析。8. 根据权利要求7所述的三维光弹性测试方法，其特征在于，所述步骤S3包括：531. 对所述待进行应力分析的构件的局部部分进行有限元分析；532. 从所述有限元分析的应力值最大的方向切片，切片平面为最大应力面；533. 对所述局部部分的光弹性试验模型的最大应力面进行应力分析，对所述有限元分 析和应力分析的结果进行比较，并比较两种分析结果。9. 根据权利要求8所述的三维光弹性测试方法，其特征在于，其中，进行离心载荷测试 时，采用应力条纹级数值的处理方法对所述应力分析结果进行处理。10. 根据权利要求8或9所述的三维光弹性测试方法，其特征在于，所述比较两种分析 结果包括：比较所述有限元分析和应力分析的结果的分布趋势及比较所述有限元分析和应 力分析的结果中的最大应力值。
【专利摘要】本公开提供了一种三维光弹性测试方法。该方法包括：S1.制备待进行应力分析的构件的局部部分的光弹性试验模型；S2.依据测试内容，选取对应的测试模块构成光弹性试验模型的加载装置，并对所述光弹性试验模型进行冻结加载；S3.对所述局部部分进行数字化分析，以及对所述局部部分的光弹性试验模型的切片平面进行应力分析，并对两种分析结果进行比较。本公开简化了现有技术流程，试验周期显著缩短。
【IPC分类】G01N3/20, G01N3/02, G01N3/26, G01N3/08
【公开号】CN105181458
【申请号】CN201510611513
【发明人】郭天才, 徐友良, 文华, 邓旺群, 廖学军
【申请人】中国航空动力机械研究所
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年9月23日